[发明专利]采用风力调节装置动态控制的新型聚能风力发电装置

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种采用风力调节装置动态控制的新型聚能风力发电装置，尤其是能更好利用风能，提高风力发电机发电能力的采用风力调节装置动态控制的新型聚能风力发电装置。

背景技术

传统风力发电装置的局限性：

风力发电虽然已有巨大发展，但在产业应用规模上，至今还不能与常规的发电技术(水、火、甚至核电)相提并论，这里既有风能资源禀赋特点的原因，如能量密度小，空间、时间分布不均匀，风向、风速变化大，也与风力发电的基本技术，即风力发电装置的设计没有取得突破有关。这些因素造成目前风力发电机单机功率小。因此，需要从技术上提出新思路。

现有风力发电技术的瓶颈：

1.风能密度很低，要求受风机械面积大，风轮直径几十到百余米；

2.风速、风向变化大，全年满功率发电时数低；

3.塔架几十到百余米，结构稳定性和牢固性较差；

4.导致风力发电机单机功率难以做大，目前国际上达到应用水平的是3兆瓦。

盛行风单一主风向现象：

我国的一部分地区属于盛行风向型地区，盛行风向型地区的全年盛行风向只有一个主要风向。而在其他地区，也有部分地区由于地形、地貌和气候特点而具有盛行风单一主风向现象。

福建平潭的风能玫瑰图显示，在主风向方位约45度角范围内，其全年风能占全地区全年风能的93％(风向频率占64％)。据调查，国内很多地区具有与平潭相类似的突出的盛行风单一主风向特点。例如东南沿海及岛屿，如崇武、马祖、大陈岛、舟山、福鼎台山、南麂，以及三北地区，如哈密七角井、茫崖、朱日和、格尔木托托河、五道梁、野牛岭等许多地方及台湾金门、东沙岛等不少地区。

风能聚集集风风道：

空气的流动满足连续性原理：空气流动通道截面积S与风速V有以下关系：

S₁×V₁＝S₂×V₂

用两道集风墙构筑喇叭口型的风能聚集集风风道，风道进风口为大口朝主风向，当风道进风口截面积为风道出风口截面积之二倍，则风道出风口风速将是风道进风口风速之二倍，亦即可将风速增加一倍，而风轮输出功率可增加至8倍。

发明内容

为了提高对风能的有效利用，并克服现有风力发电机的塔架式结构的缺陷，新型聚能风力发电装置采用风能聚集集风风道的集风墙与风道出风口框架连接的框架结构，代替风力发电机传统的塔架结构，起到提高风速，从而使风能聚集增强的作用，并能提高风力发电机组的整体强度和稳定性。用多层自动折叠式阻风移门组成的风力调节装置阻遏增速后超出切出风速的强风风速，使其进入接近风力发电机额定风速的有效风速范围内，扩展有效风能的利用。风速的提高，使风轮直径可以大幅度减小，从而可以实现风轮小型化的大功率风力发电机组。

本发明采用新型聚能风力发电装置的风力调节装置动态控制方法稳定风速。

新型聚能风力发电装置由多层折叠式自动阻风移门组成的风力调节装置和计算机实时监控系统一起组成动态控制风力调节系统，用计算机实时监控系统根据风速测量数据和风力发电机输出功率采样数据作为反馈控制信号，按照设定规律的数学模型对自动阻风移门进行随动跟踪控制。

现有的定桨矩风力发电机和变桨矩风力发电机均要求在风速达到额定风速后，当风速再增加，需采用叶片失速或变桨矩方法使发电机输出功率维持在额定功率不再增加。

本发明把问题的解决方法转变为寻求在风速达到额定风速后，当风速继续增加，利用自动阻风移门组成的风力调节装置的动态控制方法使到达风力发电机的风速保持不变的办法。

本发明对新型聚能风力发电装置的由多层自动折叠式阻风移门组成的风力调节装置实现动态关闭、动态开启以及动态微调，并使风力调节装置的动态控制和风力发电机的运行构成一个统一的协同控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

采用风能聚集装置增加风速，用风力调节装置的动态控制稳定风速，用风轮小型化的大功率风力发电机组成框架结构的风力发电机组。

新型聚能风力发电装置的结构：

风能聚集装置：